[發(fā)明專利]用于輸電線路巡視的多旋翼無(wú)人機(jī)室外聲電聯(lián)合定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911075131.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110824417B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛?xí)曰?/a>;王建慧;李延生;蘇有功;于永生;肖建超;馮煥陽(yáng);胡泉偉;歐干新;郭建濤;劉立飛;孔曉利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號(hào): G01S5/00
• 分類號(hào): G01S5/00
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王來(lái)佳

本發(fā)明涉及一種用于輸電線路巡視的多旋翼無(wú)人機(jī)室外聲電聯(lián)合定位方法，在輸電線路桿塔上安裝聲電聯(lián)合發(fā)射單元、在無(wú)人機(jī)上安裝聲電聯(lián)合接收單元，聲電聯(lián)合發(fā)射單元發(fā)出電磁波信號(hào)和超聲波信號(hào)后，聲電聯(lián)合接收單元中的圓形超聲傳感器陣列接收超聲波信號(hào)、電磁波傳感器接收電磁波信號(hào)，信號(hào)處理及定位模塊根據(jù)電信號(hào)和超聲信號(hào)的時(shí)間差和超聲波在空氣中傳輸速度計(jì)算發(fā)射振源和接收陣列間的距離，對(duì)超聲陣列接收的信號(hào)進(jìn)行空間譜估計(jì)運(yùn)算，獲得超聲發(fā)射振源的來(lái)波方向，根據(jù)來(lái)波方向和距離，確定發(fā)射振源在無(wú)人機(jī)坐標(biāo)系中的位置。本發(fā)明以較低成本實(shí)現(xiàn)了快速、精確實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)定位?？勺鳛闊o(wú)人機(jī)的輸電線路巡視提供定位依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，涉及無(wú)人機(jī)空間定位，尤其是用于輸電線路巡視多旋翼無(wú)人機(jī)室外空間定位方法。

背景技術(shù)

隨著電網(wǎng)的規(guī)模逐步擴(kuò)大，輸電線路設(shè)備量迅速增加，傳統(tǒng)的人工巡檢已經(jīng)不能滿足需求，尤其是我國(guó)西部地區(qū)，山川河流眾多，人工巡檢工作量難度大，且巡視效率低。

近幾年來(lái)，無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)迅速發(fā)展，且其不受地形的影響，沿著輸電線路巡視，大大的提高了巡視工作效率，且無(wú)人機(jī)可以攜帶不同先進(jìn)機(jī)載設(shè)備，能夠近距離觀測(cè)輸電線路桿塔，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光、紅外測(cè)溫等多種功能，有效提高了巡檢質(zhì)量。

目前，多旋翼無(wú)人機(jī)多采用GPS定位，但民用GPS定位總有5-10米的誤差。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)RTK(Real Time Kinematic)可以提高定位進(jìn)度，但在測(cè)量過(guò)程中，RTK仍然需要通過(guò)GPS對(duì)已知準(zhǔn)確坐標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行定位，然后對(duì)無(wú)人機(jī)位置進(jìn)行校準(zhǔn)，在野外工作，已知位置的基準(zhǔn)點(diǎn)常常難以實(shí)現(xiàn)，且RTK技術(shù)成本較高。且對(duì)輸電線路巡視來(lái)說(shuō)，并不需要知道無(wú)人機(jī)的確切位置，僅需準(zhǔn)確測(cè)量無(wú)人機(jī)相對(duì)每基桿塔的準(zhǔn)確位置即可。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種利用超聲波陣列定位技術(shù)和聲電聯(lián)合定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基于輸電線路桿塔為基準(zhǔn)的無(wú)人機(jī)定位的方法。該方法成本較低，定位過(guò)程中僅需要無(wú)人機(jī)采集輸電桿塔上信號(hào)發(fā)射器發(fā)出的聲電信號(hào)，就能夠準(zhǔn)確測(cè)量無(wú)人機(jī)相對(duì)桿塔的準(zhǔn)確位置，能夠更好的為輸電線路無(wú)人機(jī)自動(dòng)測(cè)巡提供定位支撐。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于輸電線路巡視的多旋翼無(wú)人機(jī)室外聲電聯(lián)合定位方法，在輸電線路桿塔上安裝聲電聯(lián)合發(fā)射單元、在無(wú)人機(jī)上安裝聲電聯(lián)合接收單元，聲電聯(lián)合發(fā)射單元發(fā)出電磁波信號(hào)和超聲波信號(hào)后，聲電聯(lián)合接收單元中的圓形超聲傳感器陣列接收超聲波信號(hào)、電磁波傳感器接收電磁波信號(hào)，經(jīng)信號(hào)采集卡采樣接收后傳輸給信號(hào)處理及定位模塊，信號(hào)處理及定位模塊根據(jù)電信號(hào)和超聲信號(hào)的時(shí)間差和超聲波在空氣中傳輸速度計(jì)算發(fā)射振源和接收陣列間的距離，對(duì)超聲陣列接收的信號(hào)進(jìn)行空間譜估計(jì)運(yùn)算，獲得超聲發(fā)射振源的來(lái)波方向，根據(jù)來(lái)波方向和距離，確定發(fā)射振源在無(wú)人機(jī)坐標(biāo)系中的位置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)相對(duì)發(fā)射振源的準(zhǔn)確定位。

而且，所述聲電聯(lián)合發(fā)射單元包括一個(gè)超聲波發(fā)射振源、一個(gè)電磁波發(fā)射振源，發(fā)射信號(hào)生成器，太陽(yáng)能電池板及蓄電池，以及安裝架構(gòu)及外殼，太陽(yáng)能電池板及蓄電池為發(fā)射信號(hào)生成器提供電源，發(fā)射信號(hào)生成器以預(yù)定的時(shí)間間隔控制超聲波發(fā)射振源和電磁波發(fā)射振源發(fā)射出相關(guān)信號(hào)。

而且，所述的聲電聯(lián)合接收單元包括一個(gè)圓形敞開(kāi)式超聲波接收陣列、一個(gè)電容型電磁波接收單元，信號(hào)采集卡，信號(hào)處理及定位模塊，圓形敞開(kāi)式超聲波接收陣列以電容型電磁波接收單元為圓心，超聲波接收陣列分布在圓周上，信號(hào)采集卡采集超聲信號(hào)和電磁波信號(hào)，對(duì)信號(hào)采樣及數(shù)字化處理，并將采集的電信號(hào)傳給信號(hào)處理及定位模塊，信號(hào)處理及定位模塊檢測(cè)接收超聲波和電磁波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲電聯(lián)合發(fā)射單元的定位，并將定位信息傳遞給無(wú)人機(jī)。

而且，圓形敞開(kāi)式超聲波接收陣列為4陣元、5陣元、6陣元，陣元間距為發(fā)射信號(hào)生成器發(fā)射超聲波的半波長(zhǎng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：